JP2001520940A - フラックスを含まない硬質はんだペースト - Google Patents

フラックスを含まない硬質はんだペースト

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、銅-リン合金を基礎とし、７００℃以下の使用温度を有する微細なはんだ及び熱可塑性有機バインダー系から成り、フラックスを含まない硬質はんだペーストに関する。前記バインダー系は、５０，０００〜５００，０００の相対分子質量のポリイソブテンと４０〜９０℃の溶融範囲のパラフィンとの混合物から成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、銅及び銅合金をろう付けするためのフラックスを含まないろう付け
用ペーストに関する。
【０００２】 銅及び銅合金のはんだ付けの重要な工業分野の用途は内燃機関のため、特に自
動車における使用のためのラジエータの製造である。
【０００３】 アルミニウムが最近２０年のラジエータ材料として著しく重要な地位を占めて
いたけれども、将来は、特に比較的大型のラジエータは銅からも製造されるだろ
う。
【０００４】 このタイプのラジエータは、冷却液体を導く黄銅パイプと、前記黄銅パイプに
接続されて熱を放散する銅フィンとから実質的に成っている。ラジエータの製造
過程では、部品類を組立て、接合個所で互いにはんだ付けされる。このような接
続では、高鉛含量の鉛-スズ合金を主成分とする低融点の軟質はんだが依然とし て広く使用されている。
【０００５】 工業的連続生産では、ラジエータの黄銅パイプは、塩化亜鉛−塩化アンモニウ
ムを基礎とした水性フラックスでスプレーされ、引き続いて軟質はんだで予備は
んだ付け（ｐｒｅｓｏｌｄｅｒ）される。被覆されたパイプや銅フィンを組立て
た後で、完成したラジエータはフラックス溶液の中にもう一度浸漬され、連続式
炉の中で乾燥された後、はんだ付けされる。フラックス残渣は、はんだ付け工程
の後で水で除去されなければならない、そうしないと完成したラジエータに腐食
の徴候が現れる。経済的及び生態系的観点から、このような製造プロセスは、今
日ではもはや競争力はない。塩化亜鉛−塩化アンモニウムを基礎とした腐食性フ
ラックスを使用すると、廃水の処理とフラックス残渣の廃棄に関連する高度の技
術及び財政的努力が必要である。更に、フラックスの分解及び加水分解の結果と
して、フィルター又は洗浄プラントを使って炉の廃ガスから除去しなければなら
ない塩化水素の排出が、はんだ付け工程で発生する。加えて、ラジエータが使い
古されると、ラジエータは高い鉛含量に基づき非常に苦労して再利用されるにす
ぎない。
【０００６】 軟質はんだ付けされた銅-黄銅ラジエータの製造の代替方法は低融点銅はんだ を使うろう付けで代表される。工業用には、７１０〜８８０℃の溶融範囲を持つ
銅-リンはんだ、又は使用温度が約７００℃の銀を含む銅-リンはんだが一般的に
使用される。しかしながら、このようなはんだ合金は、ラジエータの黄銅パイプ
や銅フィンを接続するためには一定の範囲で使用されるにすぎない。それという
のも、必要条件とされるろう付け温度では銅は軟化してその強度の大半が既に低
下するからである。従って、最近、銅−黄銅ラジエータをろう付けするのに特に
好適なろう付け用はんだが開発された。これらのろう付け用合金は、米国特許明
細書第５,１７８,８２７号、米国特許第５,１３０,０９０号及び米国特許第５, ３７８,２９４号に更に詳細に記載されている。前記のろう付け用合金は、融点 を下げるニッケルばかりでなく、必要に応じてスズやマンガンも加えられた銅- リン合金から成る。このようなはんだ合金の液相線温度は、明らかに７００℃未
満に存在し、その結果として、銅の軟化温度より低いピーク温度を利用するろう
付けプロセスが可能となる。これらのはんだにはリンが含まれているために自己
流動性があり、銅と黄銅を接合するためには保護ガス雰囲気のもとで、好ましく
は少量の残部酸素を含む窒素のもとでフラックスを含まない方法で使用すること
が出来る。これらのろう付け用はんだに関するその他の情報は、Adv.Mater.Proc
esses(1995),147(5),33、及びSAE Technical Paper 931076に発表されている。 しかしながら、このようなはんだ合金は極めて脆く、従って、急速冷却箔（溶融
紡糸箔）の形か、又はラジエータのろう付け用の粉末だけが使用出来る。コスト
の面から、溶融紡糸箔は連続生産の考慮の対象にはならない。更に、ラジエータ
部品を組立てる過程でこの箔を利用することは、極めて無理をしてオンライン製
造プロセスにようやく組み入れることが出来るにすぎない。
【０００７】 これらのはんだの粉末の形での別の使用方法としては、はんだをペースト状態
で利用するのが適切であり、その場合、はんだ粉末を結合剤系に分散させると、
液体又は半液体の形でろう付け対象の物体に施与することが出来る。極めて多種
多様なはんだ合金と結合剤系を含むはんだペーストが知られていて、長期間使用
されてきた。一般的に、はんだペーストは、有機結合剤と有機の、時として水性
の溶媒から成る系の中に、はんだ粉末の他にフラックス添加物を含む。
【０００８】 バインダー系の各組成を選択する不可欠な規準は、ペーストが安定性を維持し
、且つ比較的長期間にわたっても使用可能であること、はんだが不可逆的に沈降
しないこと、特に垂直な表面からでも調子を下げることなく旨く被覆出来ること
、及びバインダー系がろう付け作業を妨げないこと、である。特に、高融点ろう
付け用はんだの場合、このバインダー系は、可能な限り毒性又は環境に有害な生
成物を生成することなく、残渣をさず揮発しなければならないか又は焼き切らな
ければならない。
【０００９】 はんだペーストの施与に関して本質的な局面は、施与速度と乾燥時間である。
はんだペーストで従来から使用されている結合剤の乾燥時間は、高沸点有機溶媒
が使用されていると数分間である。アルコールやケトンのような、もっと揮発し
やすい溶媒は更に速やかに乾燥するが、実際のプロセスでは、爆発を防ぐ目的か
らプラント内では、きめ細かい測定を必要とする易可燃性蒸気が排出される。
【００１０】 ドイツ国特許（ＤＥ）第２８４０４１５号、及び同（ＤＥ）第３０１２９２５
号には、幾種類かの軟質はんだ及びろう付け用はんだのペースト配合物が記載さ
れていて、その配合物の結合剤系は熱可塑性を示す。はんだペーストが室温では
固体であり、高温、概ね４０〜１００℃では軟化又は溶融するように、結合剤は
選ばれる。一方では、はんだペーストの優れた貯蔵性は、このような方法で確保
される、と言うのは、はんだ粉末は沈降することがないからである。他方では、
はんだペーストが溶融状態で施与された後の冷却の結果として速やかに“乾燥”
すると、優れた結果が得られる。前記の特許には、多数の考えれる有機結合剤が
規定されていて、その結合剤は、極めて種々の性質を有する天然及び合成樹脂、
ワックス、オリゴマー、及びポリマーから選ぶことが出来、熱可塑的挙動を示す
前記はんだペーストの中で単独でも或いは組み合わせても使用出来る。
【００１１】 しかしながら、粉末形態での前記の低融点銅-リン合金を、かなり多数の選ば れた熱可塑性結合剤と一緒に熱可塑性はんだペーストに配合すると、予期しない
問題が起こった。
【００１２】 これに関して、はんだ粉末は、極めて速やかに−明らかに、はんだ粉末の大き
い表面積とその特定の合金成分のために−酸素及び大気中の水分と反応し、この
反応は、結合剤の中に閉じ込めて防ぐことも出来ず、この反応の結果として、は
んだペーストを極く短期間しか保存しなかった後でも、はんだの濡れ作用及び流
動作用は劣悪になることが明らかになった。更に、酸素に対するはんだ粉末の親
和性は大きいので、例えば、セルロース、セルロース誘導体、ポリエチレングリ
コール等のような従来の結合剤を使用出来ない、と言うのは、はんだ粉末は、加
熱過程で結合剤の酸素含有分解生成物と反応して、はんだの流動を妨げるスラグ
を生成するからである。更に、炭化水素樹脂等のような酸素を含まない結合剤を
使用しても、使用されるはんだ粉末が１５０ｐｐｍ未満の酸素含量の場合だけ、
優れたろう付け結果を得ることが出来ることが判った。また、この場合、はんだ
の中の酸化物の含量が多いと不完全なろう付けとなる。はんだ粉末のこのような
性質の結果として、パイプとフィンとの接合点は僅かながら不完全な充填となり
、一方では強度が著しく損なわれ、他方では熱伝達速度が大幅に低下する原因と
なる。
【００１３】 従って、前記のようなはんだペースト配合では、フラックスを加える場合だけ
−それ自体、望ましいことではない−満足されるろう付け結果を得ることが出来
る。
【００１４】 従って、本発明の基礎を成す目的は、酸素に敏感な低融点銅-リンはんだ合金 粉末用であって、このはんだを酸化から保護する熱可塑性有機結合剤系を開発す
ることであり、１５０ｐｐｍ超の酸素含量を有するはんだ粉末が、フラックスを
加えることなく使用される場合、スラグを生成することなく優れたろう付け接合
部が得られる。加えて、液体結合剤／はんだ粉末混合物は、施与後に極めて短時
間内に再び凝固する筈であり、しかも残渣を何等残すことなく保護ガス雰囲気の
もとで分解する筈である。
【００１５】 驚くことには、このような要件は、５０，０００〜５００，０００の相対分子
質量のポリイソブテンと、４０〜９０℃の溶融範囲のパラフィンとの混合物から
成るバインダー系によってとりわけ満たされることが今回判明した。
【００１６】 従って、本発明は、銅-リン合金を主成分として７００℃以下の使用温度を有 する微細に分散されたはんだ、及び熱可塑性有機バインダー系から成り、前記バ
インダー系が５０，０００〜５００，０００の相対分子質量を有するポリイソブ
テンと４０〜９０℃の溶融範囲を有するパラフィンとの混合物から成ることを特
徴とする、フラックスを含まないろう付け用ペーストを提供する。
【００１７】 本発明によるバインダー系は、低融点銅-リン合金を基礎としたろう付け用粉 末を酸素から効果的、且つ永続的に保護することが明らかになった。更に、１５
０ｐｐｍ超の酸素含量、概ね、最高３００ｐｐｍの酸素含量を有する表面だけが
既に酸化されたはんだ粉末が、前記のバインダー系によってスラグの生成もなく
、ろう付けプロセスでは問題なく融解されるので、前記バインダー系はフラック
スに似た特性を示す。更に、前記バインダー系によって、熱可塑性の優れた特性
と、昇温プロセスにおける問題のなく残渣を含まない除去とが組み合わされる。
【００１８】 本発明によるろう付け用ペーストでは、バインダー系は、６０，０００〜９０
，０００の相対分子質量のポリイソブテンと、４０〜６０℃の溶融範囲のパラフ
ィンとの混合物から成るのが好ましい。
【００１９】 はんだ合金として、特に、リン １０〜２０原子％、ニッケル ２〜５原子％、
スズ ０〜１５原子％、マンガン ０〜５．５原子％、そして残部は銅から成るは
んだ合金が当てはまる。
【００２０】 例えば、前記米国特許に記載されているようなタイプのはんだ合金は、実質的
に約６００〜６５０℃の溶融範囲を特徴とするので、このはんだ合金の使用温度
は７００℃を超えることはなく、はんだ合金は、銅及び銅合金のろう付けに対し
て問題なく使用することが出来る。
【００２１】 本発明によるろう付け用ペーストは、微細に分散されたはんだ合金７５〜９８
質量％、及び熱可塑性有機バインダー２５〜２質量％を含むのが好適である。前
記ろう付け用ペーストは、微細に分散されたはんだ合金８０〜９５質量％、及び
熱可塑性有機バインダー２０〜５質量％を含むのが好ましい。
【００２２】 本発明のバインダー系の定性的及び定量的組成は、はんだ粉末とのブレンド物
でろう付け用ペーストが室温では固体であり、４０℃以上から溶融状態になるよ
うに選択されるのが好適である。
【００２３】 熱可塑性有機バインダー系は、ポリイソブテン２０〜７０質量％、及びパラフ
ィン８０〜３０質量％から成るのが好適である。前記バインダー系は、ポリイソ
ブテン３０〜５０質量％、及びパラフィン７０〜５０質量％から成るのが好まし
い。
【００２４】 ５０，０００〜５００，０００の相対分子質量のポリイソブテン２０〜７０質
量％と、４０〜９０℃の溶融範囲のパラフィン８０〜３０質量％との混合物が、
銅-リン合金を基礎としたろう付け用粉末用の熱可塑性有機バインダー系として 有利に使用出来る。
【００２５】 本発明によるろう付け用ペーストは、銅及び／又は銅合金に部品類をろう付け
するのに極めて好適である。特に、前記ろう付け用ペーストは、内燃機関のラジ
エータの製造で極めて有利に用途を見い出すことが出来る。
【００２６】 特に内燃機関のラジエータの製造過程で、銅及び／又は銅合金で作られた部品
類を一緒にろう付けする方法は、４０〜９０℃の温度で少なくとも接合すべき個
所で、本発明によるろう付け用ペーストを前記部品類に施与し、必要に応じて４
０℃未満まで冷却することによって中間段階で前記はんだペースト被覆物を凝固
させ、そして次に前記部品類を一緒にろう付けするために前記はんだ合金の使用
温度まで加熱し、前記有機バインダー系は残渣を何等残すことなく前記加熱工程
で除去されるようにして実施される。
【００２７】 実施例１ はんだペースト組成物： はんだ粉末 Ｃｕ７５Ｓｎ１６Ｐ５Ｎｉ４（酸素含量：３００ｐｐｍ） ９０． ０質量％； パラフィン、溶融範囲 ４２〜４４℃ ６．０質量％； ポリイソブテン、分子質量 ６０，０００（Ｏｐｐａｎｏｌ（登録商標）Ｂ１２
、ＢＡＳＦ社） ４．０質量％； 粘度（７０℃、ブルックフィールド ＲＶＴ）：５０ Ｐａ・ｓ。
【００２８】 実施例２ はんだ組成物： はんだ粉末 Ｃｕ７５Ｓｎ１６Ｐ５Ｎｉ４（酸素含量：３００ｐｐｍ） ８９．
０質量％； 硬質パラフィン、融点 ９０℃ ７．５質量％； ポリイソブテン、分子質量 ８５，０００（Ｏｐｐａｎｏｌ（登録商標）Ｂ１５
、ＢＡＳＦ社） ３．５質量％； 粘度（７０℃、ブルックフィールド ＲＶＴ）：３５ Ｐａ・ｓ。
【００２９】 実施例３ 使用： 実施例１によるはんだペーストを７０℃で黄銅板に施与した後、凝固させるた
めに室温まで冷却する。ろう付けは、６５０℃で窒素のもとで連続炉の中で実施
する。滑らかな、光沢のあるはんだ層が得られる。
【００３０】 実施例４ 比較実験： ３００ｐｐｍの酸素含量のはんだ粉末Ｃｕ７５ｎ１６Ｐ５Ｎｉ４をエタノール
に懸濁した後、黄銅板に刷毛で被覆する。はんだ層が乾燥した後、ろう付けは６
５０℃で窒素のもとで連続炉の中で実施する。ろう付け個所では、はんだの流れ
が不十分であり黒いスラグ残渣がある。
【００３１】 実施例５ 比較実験： はんだ粉末を３％のエチルセルロース水溶液に懸濁した後、実施例４のように
処理する。ろう付け個所では、黒いスラグ残渣があり、はんだは流れていない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，Ｃ Ａ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＨＵ，ＩＤ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＲ，ＵＳ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者 レアンダー シュタープ ドイツ連邦共和国 メンブリス ダムヴェ ーク 12 Ｆターム(参考） 4E084 AA44 DA34 GA09 4J040 DA141 HA076 HB02 JA05 LA01 LA07 NA22

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ７００℃以下の使用温度を有する銅-リン合金を基礎とした 微細に分散されたはんだ及び熱可塑性有機バインダー系から成り、フラックスを
    含まないろう付け用ペーストにおいて、 前記バインダー系が、５０，０００〜５００，０００の相対分子質量を有するポ
    リイソブテンと、４０〜９０℃の溶融範囲を有するパラフィンとの混合物から成
    ることを特徴とするろう付け用ペースト。
  2. 【請求項２】 前記バインダー系が、６０，０００〜９０，０００の相対分
    子質量を有するポリイソブテンと、４０〜６０℃の溶融範囲を有するパラフィン
    との混合物から成る、請求項１に記載のろう付け用ペースト。
  3. 【請求項３】 前記はんだ合金が、リン １０〜２０原子％、ニッケル ２〜
    ５原子％、スズ ２〜１５原子％、マンガン ０〜５．５原子％、そして残部は銅
    から成る、請求項１又は２に記載のろう付け用ペースト。
  4. 【請求項４】 前記ろう付け用ペーストが、微細に分散されたはんだ合金７
    ５〜９８質量％及び熱可塑性有機バインダー ２５〜２質量％を含む、請求項１ から３までのいずれか１項に記載のろう付け用ペースト。
  5. 【請求項５】 前記ろう付け用ペーストが、微細に分散されたはんだ合金８
    ０〜９５質量％及び熱可塑性バインダー ２０〜５質量％を含む、請求項１から ４までのいずれか１項に記載のろう付け用ペースト。
  6. 【請求項６】 前記熱可塑性有機バインダー系が、ポリイソブテン２０〜７
    ０質量％及びパラフィン８０〜３０質量％から成る、請求項１から５までのいず
    れか１項に記載のろう付け用ペースト。
  7. 【請求項７】 前記熱可塑性有機バインダー系が、ポリイソブテン３０〜５
    ０質量％及びパラフィン７０〜５０質量％から成る、請求１から６までのいずれ
    か１項に記載のろう付け用ペースト。
  8. 【請求項８】 酸素に敏感な低融点銅-リン合金を基礎としたろう付け用粉 末の熱可塑性有機バインダー系における、５０，０００〜５００，０００の相対
    分子質量を有するポリイソブテン２０〜７０質量％と、４０〜９０℃の溶融範囲
    を有するパラフィン８０〜３０質量％との混合物の使用。
  9. 【請求項９】 室温では固体であり、そして４０℃の温度から溶融状態にな
    るろう付け用ペーストを製造するための請求項８に記載の使用。
  10. 【請求項１０】 銅及び／又は銅合金で作られた部品類をろう付けするため
    の請求項１から７までのいずれか１項に記載のろう付け用ペーストの使用。
  11. 【請求項１１】 内燃機関のラジエータの製造における請求項１から７まで
    のいずれか１項に記載のろう付け用ペーストの使用。
  12. 【請求項１２】 特に、内燃機関のラジエータの製造過程で、銅及び／又は
    銅合金で作られた部品類を一緒にろう付けする方法において、 請求項１から５までのいずれか１項に記載のろう付け用ペーストを、４０〜９
    ０℃の温度で少なくとも接合個所で前記部品類に施与し、必要に応じて前記はん
    だペースト被覆物を４０℃未満の温度まで冷却することによって中間段階で凝固
    し、そして次に前記部品類を一緒にろう付けするために前記はんだ合金の使用温
    度まで加熱し、前記有機バインダー系は残渣を何等残すことなく前記加熱工程で
    除去されることを特徴とする銅及び／又は銅合金で作られた部品類を一緒にろう
    付けする方法。
JP2000517819A 1997-10-24 1998-09-02 フラックスを含まないろう付け用ペースト Expired - Fee Related JP4215390B2 (ja)

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